KR20160075294A

KR20160075294A - 무전원 무선 온도센서 트래킹 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20160075294A
Application number: KR1020150041021A
Authority: KR
Inventors: 신진옥; 조경환
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2035-03-24
Also published as: KR101644973B1

Abstract

센서 트래킹 시스템의 안테나를 통해 무전원 센서가 센싱한 센싱 데이터를 수신할 때의 수신 강도 정보인 복수의 RSSI 정보를 확인한 후 필터링하고, 필터링한 복수의 RSSI 정보를 토대로 RSSI의 변화량을 계산한다. 계산한 RSSI 변화량을 토대로 무전원 센서의 방향을 추정하고 무전원 센서와의 거리를 추정한 후, 추정한 무전원 센서의 방향과 거리를 토대로 회전 정보를 계산하고, 센서 트래킹 시스템의 구동부를 동작하여 안테나가 회전하도록 한다.

Description

무전원 무선 온도센서 트래킹 시스템 및 방법{Non-powered wireless temperature sensor tracking system and method}

본 발명은 무전원 무선 온도센서 트래킹 시스템 및 방법에 관한 것이다.

SAW(Surface Acoustic Wave) 기술을 이용한 무전원/무선 센서는 세계 각국에서 여러 가지로 응용을 목적으로 개발되어 적용되고 있다. 이러한 SAW 기술을 기반으로 하는 무선 센서 시스템은, 센서 수신 보드에서 측정되는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 값이 현저히 작을 경우, 측정되는 주파수 데이터의 신뢰성이 떨어진다.

즉, SAW 기술 기반의 무선 센서 시스템에서는 다이폴 안테나의 방사 패턴의 영향이 발생한다. 따라서 무선 온도 센서가 전파 세기가 낮은 방향에 위치할 경우, RSSI 값이 낮아지고, 이에 따라 측정되는 주파수 데이터의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 주파수 데이터의 신뢰성을 보장할 수 있는 SAW 기술 기반의 무전원 무선 온도센서의 트래킹 시스템 및 방법을 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 무전원 센서를 트래킹하는 시스템은,

상기 무전원 센서가 센싱한 데이터를 수신하는 안테나; 상기 안테나가 상기 센싱한 데이터를 수신한 수신 강도 정보를 확인하는 수신부; 상기 수신부가 확인한 수신 강도 정보를 토대로 상기 무전원 센서의 방향과 무전원 센서와의 거리 정보를 추정하고, 추정한 정보들을 토대로 회전 정보를 생성하는 제어부; 및 상기 제어부가 생성한 회전 정보를 토대로 상기 안테나가 상기 무전원 센서로 향하도록 회전하는 구동부를 포함한다.

상기 구동부는, 상기 제어부가 생성한 회전 방향 정보와 회전 속도 정보를 포함하는 회전 정보를 수신하는 입력 신호선; 상기 입력 신호선이 수신한 회전 정보를 토대로 상기 회전 방향 정보에 대응하는 방향으로 상기 회전 속도 정보에 따른 속도로 회전하도록 움직이는 모터; 및 상기 모터에 구비되어 있으며, 상기 모터의 움직임에 따라 상기 회전 방향과 상기 회전 속도로 회전하여 상기 안테나가 회전하도록 하는 모터 회전부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 수신 강도 정보를 필터링하고, 필터링한 수신 강도 정보를 토대로 수신 강도의 변화량을 계산하며, 계산한 변화량을 토대로 상기 무전원 센서의 방향과 거리를 추정하며, 상기 수신 강도 정보는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 정보를 사용할 수 있다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 센서 트래킹 시스템이 무전원 센서를 트래킹하는 방법은,

상기 센서 트래킹 시스템의 안테나를 통해 SAW(Surface Acoustic Wave) 기술 기반의 상기 무전원 센서가 센싱한 센싱 데이터를 수신할 때의 수신 강도 정보인 복수의 RSSI 정보를 확인하는 단계;

상기 확인한 복수의 RSSI 정보를 필터링하고, 필터링한 복수의 RSSI 정보를 토대로 RSSI의 변화량을 계산하는 단계; 상기 계산한 RSSI 변화량을 토대로 상기 무전원 센서의 방향을 추정하고, 상기 무전원 센서와의 거리를 추정하는 단계; 및 상기 추정한 무전원 센서의 방향과 거리를 토대로 회전 정보를 계산하고, 상기 센서 트래킹 시스템의 구동부를 동작하여 상기 안테나가 회전하도록 하는 단계를 포함한다.

상기 센서와의 거리를 추정하는 단계는, 상기 계산한 RSSI 변화량이 0과 같거나 0보다 큰 경우, 상기 센서 트래킹 시스템의 구동부의 회전 진행 방향이 상기 무전원 센서와 동일한 방향에 있는 것으로 확인하고, 상기 계산한 RSSI 변화량이 0보다 작으면, 상기 구동부의 회전 진행 방향이 상기 무전원 센서와 반대 방향에 있는 것으로 확인할 수 있다.

본 발명에 따르면 싱글 다이폴 안테나의 위치를 수신 감도가 좋은 부분이 센서를 향하도록 제어하여, 데이터 신뢰성을 유지할 수 있다.

도 1은 일반적인 무전원 무선 온도센서의 위치에 따른 주파수 에러를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 트래킹 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동부의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서 트래킹 방법의 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 트래킹 시스템의 효율성을 나타낸 예시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 무전원 무선 온도센서 트래킹 시스템에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 대해 설명하기 앞서, 일반적인 무전원 무선 온도센서의 위치에 따른 주파수 에러를 나타낸 예에 대해 도 1을 참조로 설명한다.

도 1은 일반적인 무전원 무선 온도센서의 위치에 따른 주파수 에러를 나타낸 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 다이폴 안테나의 방사 패턴의 영향으로, 무전원 무선 온도 센서의 위치가 전파 세기가 낮은 방향인 신호 미약 방향에 위치하는 경우, RSSI 값이 낮아진다. 이에 따라 주파수 에러가 발생하고 주파수 데이터의 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 RSSI 값이 현저히 작아질 때 RSSI 값이 높은 방향으로 안테나를 움직여 주파수 데이터의 신뢰성을 유지할 수 있는 무전원 무선 온도센서 트래킹 시스템을 제안한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 트래킹 시스템의 구조도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 무전원 센서(200)가 센싱한 센싱 데이터를 수신하여 처리하는 센서 트래킹 시스템(100)은 안테나(110), 수신부(120), 제어부(130) 및 구동부(140)를 포함한다.

안테나(110)는 SAW 기술 기반의 무전원 센서(200)가 센싱한 온도 데이터를 수신한다. 본 발명의 실시예에서는 안테나(110)로 싱글 다이폴 안테나를 예를 들어 설명하며, 무전원 센서(200)가 온도 데이터를 센싱하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 그리고, 안테나(110)는 구동부(140)의 회전에 따라 무전원 센서(200)로의 방향이 변경될 수 있다.

수신부(120)는 무전원 센서(200)가 안테나(110)로 온도 데이터를 전송할 때의 수신 강도인 RSSI 데이터를 확인한다. 그리고 확인한 RSSI 데이터를 제어부(130)로 전달한다. 수신부(120)가 RSSI 데이터를 확인하는 방법이나, RSSI 데이터를 구성하는 정보는 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.

제어부(130)는 수신부(120)로부터 전달받은 RSSI 데이터를 토대로 RSSI 데이터의 변화량을 계산한다. 이때, 이미 수신한 RSSI 데이터는 미리 설정된 시간동안 지속적으로 제어부(130)에 저장되는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 계산한 RSSI 데이터의 변화량을 이용하여 무전원 센서(200)의 방향을 추정하고, 추정한 무전원 센서(200)의 방향과 센서 트래킹 시스템(100) 사이의 거리를 추정한다.

그리고 추정한 거리 정보를 토대로 안테나(110)의 회전 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)과 회전 속도를 결정하고, 결정한 회전 방향과 회전 속도를 포함하는 회전 정보를 생성하여 구동부(140)로 전달한다. 제어부(130)의 기능은 이후 상세하게 설명한다.

구동부(140)는 제어부(130)가 생성한 안테나(110)의 회전 정보에 포함되어 있는 회전 방향 정보와 회전 속도 정보를 토대로 안테나(110)가 회전 방향으로 회전 속도에 따라 회전하도록 한다.

여기서 구동부(140)의 구조에 대해 도 3을 참조로 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동부의 구조도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 구동부(140)는 입력 신호선(141), 모터 회전부(142) 및 서브 모터(143)를 포함한다.

입력 신호선(141)은 제어부(130)로부터 회전 정보를 수신한다.

모터 회전부(142)는 입력 신호선(141)이 수신한 회전 정보 내에 포함되어 있는 회전 방향 정보와 회전 속도 정보를 토대로 이하 설명할 모터(143)가 이동하면, 모터(143)의 이동에 안테나(110)의 방향을 회전시킨다. 여기서 모터 회전부(142)는 300°반경으로 시계 방향, 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 예로 하여 설명한다.

모터(143)는 모터(143)의 한 쪽에 구비되어 있는 입력 신호선(141)을 통해 제어부(130)로부터 수신한 회전 정보를 토대로 안테나(110)의 방향이 회전될 수 있도록 움직인다. 본 발명의 실시예에서는 여러 종류의 모터 중 어느 하나의 모터로 한정하여 설명하지 않는다.

한편, 도 2에 도시한 안테나 트래킹 시스템(100)이 무전원 센서(200)를 트래킹하기 위한 방법에 대해 도 4를 참조로 설명한다. 도 4에서는 제어부(130)가 구동부(140)로 제공하는 정보를 생성하기 위한 동작 흐름을 위주로 언급한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서 트래킹 방법의 동작 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 안테나(110)를 통해 수신한 무전원 센서(200)의 센싱 정보를 수신할 시점의 RSSI 데이터를 수신부(120)가 수신한다. 그리고 제어부(130)는 수신부(120)로부터 전달되는 RSSI 데이터를 수신하면(S100), 수신한 RSSI 데이터를 필터링한다(S110). 제어부(130)가 S110 단계에서 RSSI 데이터를 필터링함에 있어, 저역 필터(low pass filter)를 활용하여 RSSI 데이터를 필터링하며, 필터링한 결과는 다음 수학식 1과 같다.

여기서 n은 저역 필터의 차수를 의미하고, data[t]는 RSSI 데이터를 의미한다. 만약 n이 2인 경우, 제어부(130)는 이번 시점에 수신한 RSSI 데이터(data[t])와 이 전 시점에 수신한 RSSI 데이터(data[t-1])를 필터링하여, 이번 시점의 RSSI 데이터로 생성한다. 만약 수신한 RSSI 데이터 이전에 수신된 RSSI 데이터가 없는 경우에는, RSSI 데이터는 필터링하지 않는다.

제어부(130)는 S110 단계에서 필터링된 RSSI 데이터를 이용하여 RSSI의 변화량을 계산한다(S120). RSSI의 변화량은 제1 시점에서의 필터링된 RSSI 데이터와 제2 시점에서의 필터링된 RSSI 데이터의 차로 계산하며, 이는 수학식 2와 같다. 여기서, 제1 시점은 제2 시점보다 시간적으로 뒤에 발생한다.

S120 단계에서 RSSI의 변화량을 계산한 뒤, 제어부(130)는 계산한 RSSI의 변화량을 토대로 무전원 센서(200)의 방향을 추정한다(S130). 무전원 센서 방향은 RSSI의 증감에 따라 제어부(130)가 무전원 센서(200)의 위치를 추정한다. 즉, S120 단계에서 계산한 변화량이 0과 같거나 0보다 큰 경우에는 구동부(140)의 회전 진행 방향과 무전원 센서(200)의 방향이 같은 것으로 판단하고, 계산한 변화량이 0보다 작은 경우에는 구동부(140)의 회전 진행 방향과 무전원 센서의 방향이 다른 것으로 판단하는 것을 예로 하여 설명한다.

S130 단계에서 센서 방향을 추정하면, 제어부(130)는 무전원 센서(200)와 안테나 트래킹 시스템(100) 사이의 거리를 계산한다(S140). 여기서 무전원 센서(200)와 안테나 트래킹 시스템(100) 사이의 거리는 목표 RSSI 값과 현재 RSSI 값을 비교하여 계산하는데, 다음 수학식 3과 같이 계산한다.

여기서 α는 상수로 어느 하나의 수로 한정하지 않으며, RSSI_goal은 목표 RSSI 값으로 무전원 센서(200)로부터 데이터를 안정되게 받을 수 있도록 하는 하한 임계값을 의미한다. 목표 RSSI 값은 시스템 설계에 따라 달라질 수 있으며 어느 하나의 수로 한정하지 않는다.

이상에서와 같이 센서와의 거리를 계산하면, 제어부(130)는 S120 단계에서 추정한 무전원 센서(200) 방향과 S130 단계에서 계산한 무전원 센서(200)와의 거리를 토대로 구동부(140)로 입력할 입력 값을 계산한다. 여기서 입력 값은 회전 방향 정보와 회전 속도 정보를 포함하는 회전 정보를 의미한다.

즉, 제어부(130)는 S120 단계에서 무전원 센서(200)의 방향과 동일한 방향에 있다고 하면, 시계 방향으로 회전하도록 결정하는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 무전원 센서(200)의 방향과 구동부가 상이한 방향에 있다고 예측하면, 반시계 방향으로 회전하는 것으로 결정하는 것을 예로 하여 설명한다.

이와 동시에, 제어부(130)는 S130 단게에서 계산한 무전원 센서(200)와의 거리를 토대로 구동부(140)의 속도를 계산한다. 속도는 다음 수학식 4를 이용하여 계산한다.

여기서 β는 상수 값으로, 어느 하나로 한정하지 않는다.

즉, 제어부(130)는 무전원 센서와 안테나 트래킹 시스템(100)의 거리가 멀면 멀수록, 빠른 속도로 무전원 센서(200)로 안테나가 회전하도록 한다. 여기서 안테나의 회전 각도는 구동부(140)의 모터에 설정되어 있는 각도로 회전하도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 회전 방향과 회전 속도가 결정되면, 제어부(130)는 결정한 회전 방향과 회전 속도를 회전 정보로 생성하여, 구동부(140)로 전달한다(S150). 구동부(140)는 S150 단계를 통해 수신한 회전 정보를 토대로 모터(143)를 동작시키고, 모터 회전부(142) 상단에 구비된 안테나(110)는 모터(143)와 모터 회전부(142)의 움직임에 따라 무전원 센서(200)를 트래킹하여 이동한다.

상기와 같이 RSSI 값을 기반으로 하여 무전원 센서(200)의 방향과 거리를 추정하고, 추정한 방향과 거리를 토대로 안테나의 위치를 보정하면 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 안테나 트래킹 시스템(100)의 효율에 대해 도 5를 참조로 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 트래킹 시스템의 효율성을 나타낸 예시도이다.

상기 도 1에서 에러가 발생할 수 있는 신호 미약 지역에서의 안테나 상태를 도 5에 도시된 바와 같이, RSSI가 작아지면 큰 방향으로 능동적으로 안테나를 회전시켜 RSSI가 증가하도록 한다. 이에 따라 주파수 데이터의 신뢰성이 유지될 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

무전원 센서를 트래킹하는 시스템에 있어서,
상기 무전원 센서가 센싱한 데이터를 수신하는 안테나;
상기 안테나가 상기 센싱한 데이터를 수신한 수신 강도 정보를 확인하는 수신부;
상기 수신부가 확인한 수신 강도 정보를 토대로 상기 무전원 센서의 방향과 무전원 센서와의 거리 정보를 추정하고, 추정한 정보들을 토대로 회전 정보를 생성하는 제어부; 및
상기 제어부가 생성한 회전 정보를 토대로 상기 안테나가 상기 무전원 센서로 향하도록 회전하는 구동부
를 포함하는 센서 트래킹 시스템.
제1항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 제어부가 생성한 회전 방향 정보와 회전 속도 정보를 포함하는 회전 정보를 수신하는 입력 신호선;
상기 입력 신호선이 수신한 회전 정보를 토대로 상기 회전 방향 정보에 대응하는 방향으로 상기 회전 속도 정보에 따른 속도로 회전하도록 움직이는 모터; 및
상기 모터에 구비되어 있으며, 상기 모터의 움직임에 따라 상기 회전 방향과 상기 회전 속도로 회전하여 상기 안테나가 회전하도록 하는 모터 회전부
를 포함하는 센서 트래킹 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수신 강도 정보를 필터링하고, 필터링한 수신 강도 정보를 토대로 수신 강도의 변화량을 계산하며, 계산한 변화량을 토대로 상기 무전원 센서의 방향과 거리를 추정하며,
상기 수신 강도 정보는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 정보인 센서 트래킹 시스템.
제3항에 있어서,
상기 무전원 센서는 SAW(Surface Acoustic Wave) 기술 기반의 무전원 무선 온도 센서인 센서 트래킹 시스템.
센서 트래킹 시스템이 무전원 센서를 트래킹하는 방법에 있어서,
상기 센서 트래킹 시스템의 안테나를 통해 SAW(Surface Acoustic Wave) 기술 기반의 상기 무전원 센서가 센싱한 센싱 데이터를 수신할 때의 수신 강도 정보인 복수의 RSSI 정보를 확인하는 단계;
상기 확인한 복수의 RSSI 정보를 필터링하고, 필터링한 복수의 RSSI 정보를 토대로 RSSI의 변화량을 계산하는 단계;
상기 계산한 RSSI 변화량을 토대로 상기 무전원 센서의 방향을 추정하고, 상기 무전원 센서와의 거리를 추정하는 단계; 및
상기 추정한 무전원 센서의 방향과 거리를 토대로 회전 정보를 계산하고, 상기 센서 트래킹 시스템의 구동부를 동작하여 상기 안테나가 회전하도록 하는 단계
를 포함하는 센서 트래킹 방법.
제5항에 있어서,
상기 RSSI의 변화량을 계산하는 단계는,
data_difference = data_filter[t] - data_filter[t-1]
여기서 data_filter[t]는 제1 시점의 필터링된 RSSI 정보이고, 상기 data_filter[t-1]는 제2 시점의 필터링된 RSSI 정보이며,
상기 제2 시점은 상기 제1 시점보다 시간적으로 앞선 시간인 센서 트래킹 방법.
제5항에 있어서,
상기 센서와의 거리를 추정하는 단계는,
상기 계산한 RSSI 변화량이 0과 같거나 0보다 큰 경우, 상기 센서 트래킹 시스템의 구동부의 회전 진행 방향이 상기 무전원 센서와 동일한 방향에 있는 것으로 확인하고,
상기 계산한 RSSI 변화량이 0보다 작으면, 상기 구동부의 회전 진행 방향이 상기 무전원 센서와 반대 방향에 있는 것으로 확인하는 센서 트래킹 방법.
제5항에 있어서,
상기 무전원 센서와의 거리를 추정하는 단계는,
무전원 센서와의 거리 = α * (RSSI_goal - data_filter[t])
여기서 α는 상수이고, 상기 RSSI_goal은 목표 RSSI 값으로 상기 무전원 센서로부터 데이터를 안정되게 받을 수 있도록 하는 하한 임계값을 의미하는 센서 트래킹 방법.
제8항에 있어서,
상기 회전 정보는 회전 방향과 회전 속도를 포함하며,
상기 회전 속도는 상기 무전원 센서와의 거리에 임의의 상수 값을 곱한 값으로 결정하는 센서 트래킹 방법.